美国明尼苏达州农场的秸秆还田可持续耕作模式

2019/2/21 19:31:53    保护性耕作与秸秆还田

  

美国中北部的明尼苏达州有“万湖之州”和“冰球之州”的称呼。它的耕地面积270万英亩,占全州的53%。该州地处美国玉米带,主产玉米、大豆、甜菜等,是美国重要的粮食产区之一。美国大陆的极北点(北纬49度23分)就在明尼苏达州,它和中国的黑龙江纬度相似,气温也很相似,平均最低温度达可到零下21度。而在这种极端寒冷的气候条件下的美国玉米主产区里,我们看不到农场焚烧秸秆,也很少看到玉米秸秆被打包收走,收获后的籽粒玉米秸秆基本都是直接还田。难道美国农民就不怕秸秆不腐烂吗?他们有什么办法来解决秸秆问题同时还能保障作物高产?

美国中北部的明尼苏达州

为什么美国很多农场主有着极高的主动保护耕地的动力和热情?我们通过一位美国明尼苏达州的农场主Rob的故事来了解美国专业种植农场的一种可持续耕作模式。

Rob的农场有大约两万亩耕地,它有个非常好听的名字叫做“阳光田地农场”,农场位于明尼苏达州罗切斯特以北约20英里处。Rob的祖父于1892年购买了现在这些建筑物房产和土地。从那时起该农场一直由家族经营。几年前Rob开始把产权逐渐转移给第四代他的儿子Rick。 Rick现在是主要的运营者,每天都会接管更多的管理工作。2013年秋季,他们又购买了一些新土地。Rob一直在使用再生农业管理模式将这片新购买的土地的土壤转变为自然富含有机质的土壤。

农场主Rob和他们儿子Rick以及妻子站在农场的卡车旁。Rick现在是主要的农场经营者,并接管了更多的日常管理工作。

Rob在2012年和几个志同道合的农场主成立一个民间指导团体“Soil Organic Matter Generators” 中文翻译为“土壤有机质发动机”。他们自发推广土壤再生可持续农业耕作技术,帮助任何寻求土壤转变为自然耕作方法的人获取成功。现在农场让儿子来管理,他就有更多的时间投入到社团工作中。如此真心的热爱赖以生存的耕地真是让人敬佩!

SOM Generators使命:帮助农场在创造新的土壤有机质的农艺实践中取得成功。

我们先来看看Rob是怎么成功经营它的农场的。农场的土地以前大多是橡树林,最初在19世纪中期被清除。森林土壤开始时土壤有机质含量为5-6%,当他开始种植的时候大多数土壤有机质含量为1-2%。牧场上还保留着很多陡峭不平坦的土地。

“阳光田地农场”的田地

农场一开始主要经营畜牧业务,雇了几名员工一起养牛,直到90年代牲畜价格崩溃, 负担不起高成本经营不下去了,Rob就把农场转变成主要种植玉米和大豆作物的农场。为了在像图片上这样陡峭的牧场土地上进行耕种,他们尝试了用免耕来控制土壤侵蚀。几年后,Rob开始采用条带耕作来施肥种植玉米。现在的田地里在下大雨的时候很少有地表径流,因为已过渡到自然农耕法。使用免耕和条带耕作以及其他再生农业管理原则,恢复了田间土壤的健康。Rob说现在他的农场里有些地方的土壤耕层比二百多年前更加深厚,即使在像在这张照片中那样的陡坡上,农场的田地也几乎没有侵蚀的迹象。

农场现在采用的耕作模式是怎样的呢?

农场现在只在春播前采用12行齿间距为76厘米的条带耕作机具作业同时深施肥。图片是海内克(Hiniker)条带耕作机停放在覆盖作物田里。

条带耕作整理出清洁带有利于土壤升温,在清洁带上播种可促进种子发芽。同时玉米秸秆全量覆盖还田。

这是Rob使用的可变量施肥的肥车。它可以在后面两个肥箱中容纳多达7吨的化肥。当土壤潮湿时,他不喜欢将它们填满因为这样会加剧土壤板结。农场主要在种植玉米前进行条带耕作,施用一些AMS肥料,氮磷钾比例为18-46-0和0-0-60来降低尿素肥料。他记得唯一一次在条带耕作的是后不施肥,就是当尿素肥料因为太粘稠不流动时,必须将其从肥箱中取出然后撒在地里。

这张图展示的是一个带状耕作区域。松土被挖出来,一些肥料放回沟里,以展示它的施肥位置。肥料比投种的地方深约15厘米,箭头指出了这里的土壤生物快速撤离的地方,留下了它们活动的痕迹。如果你看一下沟槽的左上方,你可以看到这个土壤如何聚集并具有健康的土壤团粒结构。这块田地去年种的是食品级大豆,所以右边的玉米秸秆来自前年的玉米作物。来自高产作物(包括覆盖作物)的所有秸秆保持在表面上或混合至几英寸深土壤层里。农场的土壤有机质含量一直在稳步增加。当有径流时,它通常看起来像泉水沿着草地水道流下来。在Rob农场的许多田地中都能够保持健康的土壤。这种表面土壤就像海绵缓冲和吸收雨滴,而土壤中新的腐殖质成分不会在径流水中悬浮。

Rob历数了条带耕作的好处。他喜欢采用条带耕作因为在明尼苏达州气候严寒,春播的时候土壤升温慢,这种模式可露出部分黑土有利于土壤升温让种子早点发芽。它还有很多好处,例如在施固态肥的时候能够精准施肥,肥料带施在种植作物行的下方,不暴露在环境中。种床很清洁,秸秆覆盖在播种带之间而且不会混合土壤表面的植被覆盖。条带耕作还很节约能源,耗油量大约10升柴油/公顷。相比较于传统模式在雨后能够更早喷药。播种行之间的秸秆像堆肥堆一样的,有利于蚯蚓翻过堆肥材料。

农场使用的大平原公司(Great Plains)的宽窄行免耕精量播种机的播种行单元。播种行距是窄行20厘米,宽行56厘米。多年来实施条带耕作和宽窄行播种结合的耕种模式大大增加了农场的土壤有机质。

20厘米-56厘米宽窄行种植模式实现密植,可最大化利用土地。玉米田还没有接受任何除草剂处理。这里种植的玉米密度为95000株/公顷。Rob农场的玉米平均产量在标准水分下达到15吨/公顷(比中国平均产量高9吨)。

宽窄行种植密度为95000株/公顷的2个月的玉米植株。5月1日播的种,7月1日玉米杆直径为5厘米。 根系长度为60厘米。

增加作物根系量是Rob喜欢采用条带耕作和宽窄行模式种植玉米的一个原因。在8月中旬挖了玉米根系,根系生长超过60英寸深(1.5米),洗后的根系难以装入5加仑桶中。除非使用的挖沟机,否则不可能在没有撕扯它们的情况下获得完整的根部。同时也发现宽窄行种植可以显著增加玉米植株的茎杆直径。

用科学的方法种田是美国农场主必备的素质, Rob还介绍了他常用的几种土壤检测工具和方法。

农场通常在种植玉米之前的大豆收获之后每隔一年进行一次土壤测试。管理区域单独进行测试和管理。现在将样品采集深度为30厘米而不是15厘米,因为条带耕作的肥料更深地被施入土壤里,这代表作物的根系扎的更深。Rob说他们的长期产量目标是300蒲式耳/英亩玉米(18.7吨/公顷)和100蒲式耳/英亩大豆(6.8吨/公顷)。大豆种植100%氮肥的来自大自然,其他大部分营养素也一样。

这是农场使用的硝酸盐检测套装。当玉米高一英尺时,他测试了一英尺深的土壤,以决定是否应该更多地施加氮肥。收集土壤样本,干燥它们,滴定溶液并进行测试,Rob说这是一个缓慢而且通常很混乱的过程,特别是当你有其他工作需要做的时候。

这是SLAN有机氮测试。它用于估算土壤中有机氮的含量。将土壤样品在罐中与氢氧化钠溶液混合,释放样品中的氨,使颜色探针改变其颜色。这个测试很容易做到。这些25个测试样品包大约300美元, 可冷藏保存一年。

Rob使用的美国天宝公司(Trimble)的GreenSeeker手持作物感应器,用于评估作物的健康和活力,读数可以用来对作物施肥量做出评估参考,从而提高肥料的使用效率。

Bob还讲述了很多关于如何管理植物秸秆碳的矿化的土壤再生实践。所施加的氮肥位于播种行的下方同时,所有秸秆位于播种行之间的地表,这使它们保持分离。当收获玉米时,尽量将割台靠近玉米穗尽可能多地留下茎杆。因为在春天地面因此将变得干燥而温暖,有利于在播种行之间免耕或条带耕作种植大豆。直到收获季节,高碳玉米秸秆现在通过联合收割机收割豆类,并与从割台中出来的大豆秸秆混合。在联合收割机后面出来的秸秆覆盖物是新秸秆和旧秸秆的完全天然混合物,具有几乎完美的碳/氮比率用于田间堆肥。

关于如何充分利用肥料和养分Rob提起来也是津津乐道。在恶劣的天气条件下,在进行免耕/条带耕作的时候不会翻埋作物秸秆。由于大量的钾分布在外部难以分解作物秸秆,因此在表面上保留了大量的再循环钾。条带耕作可以把钾肥施入更深的土壤里,在一个条带内有助于保持钾更多被利用到,它提高了条带区域的基础饱和度,而且更深的土壤不太可能太干。

2010年9月,阳光农田农场所在的珠布罗河流域发生了一场大洪水。据测量,该流域大部分地区的降雨量高达13英寸。这张照片是在农场下游的一个小镇上拍摄的。由于洪水的破坏达到了主街建筑物的二层,在洪水最高峰处,只有邮局的旗帜的顶部露出水面。农场土壤吸水饱和了!收获被推迟,直到地面冻得足以支撑机械才开始收获。然而,即使有这么大量降水,农场也几乎看不到土壤侵蚀。来自农场土地的径流水对下游的几乎没有什么影响。研究表明健康的土壤会吸收渗入85%的雨水,而不健康的土壤只能渗透15%的雨水。

图片上Rob站在小箱子旁边,展示健康土壤是怎样的。他将把水倒到顶部并展示土壤如何不悬浮,并且水在主要由蚯蚓造成的生物通道中在几分钟内从底部流出。你能看到从盒子里出来的水看起来很清澈,可以饮用。一年多前第一次将土壤放入这个玻璃容器中时,底部4英寸是黄色粘土,后来Rob在箱子中放入蚯蚓给它们喂食干燥紫云英,不到一年后黄粘土已经开始转化成健康土壤。它现在是黑色的,充满了土壤有机物质,我们称这个过程为“再生你的土壤”。

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为了给展巴士旅游团做展示,Rob种植了16种不同种类的覆盖作物,田间停放了条带耕作机具和免耕播种机,还挖了一个大土坑来展示健康的土壤结构。在这张照片中,Rob在洞中展示了2英尺的地平线表土,证明了我们所有的蚯蚓和保护性自然农耕法的其他好处。

Rob很自豪他能够参与到国家的农业科研中。 大约一年前,Rob的农场被邀请参加印第安纳州西拉斐特的CTIC“Conservation TechnologyInformation Center”“保护性耕作技术信息中心” 的封面作物研究。他的农场是7个国家的21个站点之一,去年秋天,播种了55英亩的覆盖作物,这块地是大豆田。今年他们需要将覆盖作物播种到玉米田中。这项研究包括为普渡大学提供十年的作物记录。

农场种植的覆盖作物

十多年来,Bob一直在推广土壤再生可持续农业的好处。其实在美国也并不是所有的农场都采用可持续保护性耕作模式。当他与其他采取传统耕作模式的农场主交谈时,他们通常不希望听到不用他们心爱的耕种法就有可能获利。土壤中矿化碳会破坏土壤的结构。许多生产者没有意识到存在这个问题,因为他们从来没有耕作过健康的土壤,所以他们不知道会有什么不同。将土壤重新生成它自然耕地的状态对他们而言不是一件容易的事!

长期以来他一直认为,如果有人缺乏土壤需要发生的变化的经验,那么在健康土壤能够自然地工作之前,在尝试这样做之前需要有更好的信息和支持,他们会为这个过渡时期做好准备。在更多的帮助下我们会看到变化。直到优势变得明显。在恢复自然耕地状态时,土壤的质量变化可以快得令人难以置信。然而,它不是瞬间发生的,正如土壤中碳的降解不是瞬间的一样。

这是一个平凡的美国农场主的不平凡的故事。人们常说“土地是农民的命根子”,Rob对土地的深厚感情,发自内心的热爱土地,把为子孙留下一片永续利用的土地作为自己的神圣责任。这样的故事发人深省值得让更多的人听到。